第8章网络多媒体技术

8.1网络多媒体技术概述◆降低多媒体内容的码率◆流媒体技术◆网络多媒体应用8.3网络电视与P2P流媒体技术◆网络电视◆P2P流媒体技术第八章网络多媒体技术8.4移动流媒体技术◆移动流媒体系统的组成◆移动流媒体业务的系统结构◆移动流媒体的主要应用8.2流媒体技术简介◆流媒体的基本概念◆流媒体的主要解决方案◆MicrosoftWindowsMediaServices8.1网络多媒体技术的概述8.1.1降低多媒体内容的码率1.码率码率就是数据传输时单位时间传送的数据位数，一般用的单位是kbps（即千位每秒）。２.方法●数据压缩●矢量图形●三维实时渲染技术（1）数据压缩：为了方便多媒体文件在网络上进行传输，必须减少传输的数据量，而要减少传输的数据量，首选方案就是对多媒体内容进行大比例的压缩。（2）矢量图形：是计算机图形学中用点、直线或者多边形等基于数学方程的几何图元表示图像。矢量图形与位图使用像素表示图像的方法有所不同，矢量图使用直线和曲线来描述图形，这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等等，它们都是通过数学公式计算获得的。（3）三维实时渲染技术：三维实时渲染技术依靠渲染引擎完成三维图像的生成，其作用是：解释并翻译实施场景模型文件的语法，实时渲染从服务器端传来的场景模型文件，在网页访问者的客户端逐帧、实时地显示3D图形。8.1.2流媒体技术1.流式传输方式流式传输时，声音、影像或动画等时基媒体由音视频服务器向用户计算机的连续、实时传送，用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过几秒或十数秒的启动延时即可进行观看２.P2P流传输和共享●1、这种技术并不需要互联网路由器和网络基础设施的支持，因此性价比高且易于部署；●2、在这种技术中，流媒体用户不只是下载媒体流，而且还把媒体流上载给其他用户，可以扩大用户组的规模，且更多的需求也带来了更多的资源。8.1.3网络多媒体的应用●视频点播●互联网直播●视频会议●远程教学●IPTV●移动流媒体8.2流媒体技术简介8.2.1流媒体的基本概念1、流媒体的定义所谓流媒体是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式。流媒体又叫流式媒体，它是指商家用一个视频传送服务器把节目当成数据包发出，传送到网络上。用户通过解压设备对这些数据进行解压后，节目就会像发送前那样显示出来。●顺序流式传输2、流式传输的方式顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线媒体，在给定时刻，用户只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的部分，顺序流式传输不像实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。由于标准的HTTP服务器可发送这种形式的文件，也不需要其他特殊协议，它经常被称作HTTP流式传输。●实时流式传输实时流式传输保证媒体信号带宽与网络连接配匹，使媒体可被实时观看到。实时流与HTTP流式传输不同，他需要专用的流媒体服务器与传输协议。实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可快进或后退以观看前面或后面的内容。理论上，实时流一经播放就可不停止，但实际上，可能发生周期暂停。3、流类型●单播流所谓单播(Unicast)，就是在每个客户端与视频媒体服务器之间建立一个单独的数据通道，并且从一台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机的传输方式.●多播流多播（Multicast）又称为多址广播或组播。多播流是指服务器和接收流的客户端之间的具有一对多关系。利用多播流，服务器向网络上的一个多播IP地址传输，所有客户端都通过向该IP地址订阅来接收同一个流。4、发布方式●点播点播（onDemand），在点播发布中，用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。如果希望用户能够控制正在传输的内容的播放，则最适于以点播方式发布内容。●广播广播（Broadcast），广播发布方式类似于电视台节目播出，服务器将视音频流发布出去，所有的用户连接到服务器后，看到的都是相同的内容，内容是在源或服务器上控制和传输的。5、流媒体传输的网络协议●实时传输协议RTP实时传输协议RTP被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步；RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作；当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：一个给RTP，一个给RTCP。RTP本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务；通常RTP算法并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分。●实时传输控制协议RTCP实时传输控制协议RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务；在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包；RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。●实时流协议RTSP实时流协议RTSP定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据；RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输；HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML超链接文档，而RTSP传送的是多媒体数据；HTTP请求由客户机发出，服务器做出响应；使用RTSP时，客户机和服务器都可以发出请求，即RTSP可以是双向的。●资源预订协议RSVP由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件；RSVP是正在开发的IP网上的资源预订协议，使用RSVP预留一部分网络资源（即带宽），能在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。6、流媒体系统的组成（1）编码和编辑工具：用于创建和捕捉多媒体数据，形成并编辑流式文件。（2）流媒体数据：流媒体数据存放在服务器上，被客户端通过网络进行调用。（3）服务器：用于存放和控制流媒体的数据。（4）网络：适合多媒体传输协议甚至是流式传输协议的网络。（5）播放器：供客户端浏览流媒体文件。7、编码方式流媒体有两种编码方式：恒定比特率（CBR）或可变比特率（VBR）编码。在流式播放方案中使用CBR编码最为有效。使用CBR编码时，比特率在流的进行过程中基本保持恒定并且接近目标比特率，始终处于由缓冲区大小确定的时间窗内。CBR编码的缺点在于编码内容的质量不稳定。因为内容的某些片段要比其他片段更难压缩，所以CBR流的某些部分质量就比其他部分差。此外，CBR编码会导致相邻流的质量不同。8.2.2流媒体的主要解决方案●RealsystemRealsystem是RealNetworks公司提供的流媒体解决方案。ReaNetworks公司是世界领先的网上流式视音频解决方案的提供者，提供从制作端、服务器端到客户端的所有产品，它的RealPlayer的全球注册人数超过了一亿人。●WindowsMediaWindowsMedia是由微软公司提供的一个全免费的基于微软视窗平台的流媒体信息发布平台。它提供了流媒体的制作、发布、播放和管理的一整套解决方案，另外，还提供了开发工具包（SDK）供二次开发使用。●QuickTimeApple公司于1991年开始发布QuickTime，它几乎支持所有主流的个人计算平台和各种格式的静态图像文件、视频和动画格式，具有内置Web浏览器插件（Plug-in）技术，支持IETF（InternetEngineeringTaskForce）流标准以及RTP、RTSP、SDP、FTP和HTTP等网络协议。通过好莱坞影视城（）检索到的许多电影新片片段，都是以QuickTime格式存放的。●FlashMediaSystemAdobe公司的FlashMedia是一个重要的流媒体解决方案，在和Macromedia合并以后，Adobe公司终希望通过Flash这个平台，使大家真正做到跨平台、跨媒体的传播。就是做的视频做好了以后，不管是在普通的电视、PC、手机、外面的电视墙，都可以通过Flash这种技术统一化。这样，大家可以很省事，可以很好地传播。8.2.3MicrosoftWindowsMediaServicesWindowsMediaServices（Windows媒体服务，简称WMS）是微软用于在企业Intranet和Internet上发布数字媒体内容的平台，通过WMS，用户可以便捷的构架媒体服务器，实现流媒体视频以及音频的点播播放等功能。WMS并不是WindowsServer2008中一个全新的组件，也存在于微软以往的服务器操作系统中。1.WindowsMedia流媒体系统的组成组建WindowsMedia流媒体系统的软件包括：WindowsMedia服务器组件、WindowsMedia工具及WindowsMediaPlayer。WindowsMedia流媒体系统组成结构图2.制作流媒体资源Microsoft®WindowsMedia®编码器9系列是一个功能强大的制作工具，用于将实况和预先录制的音频和视频转换为WindowsMedia文件或流。（1）启动WindowsMedia编码器9系列（2）启动转换文件（3）广播实况事件（4）自定义会话（5）创建实况发布点8.3多媒体技术的应用8.3.1网络电视网络电视（IPTV），也叫交互式网络电视，就是利用流媒体技术通过宽带网络传输数字电视信号给用户，这种应用有效地将电视、电讯和PC三个领域结合在一起，具有很强的发展前景。网络电视系统组成图8.3.2P2P流媒体技术1．P2P的概念P2P是peer-to-peer的缩写，peer在英语里有（地位、能力等）同等者、同事和伙伴等意义。这样一来，P2P也就可以理解为伙伴对伙伴的意思，或称为对等联网。P2P还是pointtopoint点对点下载的意思，它是下载术语，意思是在你自己下载的同时，自己的电脑还要继续做主机上传，这种下载方式，人越多速度越快。2．P2P技术的意义●P2P技术具有良好的扩展性。●P2P系统具有高健壮性。●P2P系统具有高性价比。3．P2P流媒体技术为了解决系统的可扩展性，许多研究提出了相应的解决办法，例如IP组播技术来实现Internet上高效的一对多的通信，提高了系统的可扩展性。然而由于IP组播存在种种限制，如很难实现可靠性组播和拥塞控制等，IP组播技术并没有得到广泛的应用。4．P2P流媒体系统播送方式P2P流媒体系统按照其播送方式可分为直播系统和点播系统。●直播在P2P流媒体技术中，直播的实现是比较容易的。在流媒体直播服务中，用户只能按照节目列表收看当前正在播放的节目。在直播领域，交互性较少，技术实现相对简单，因此P2P技术在直播服务中发展迅速。●点播与P2P流媒体直播不同，P2P流媒体点播终端必须拥有硬盘，其成本高于直播终端。目前P2P点播系统还需在技术上进一步探索，期望大规模分布式数字版权保护（DRM）系统的研究，以及底层编码技术的发展能为P2P点播系统的实施铺平道路。5．P2P流媒体系统组成PlayerMembershipManagerPartnershipManagerBufferMapSchedulerNetworkInterfacePartnerPartnerPartnerBufferP2P播放器模块6．P2P流媒体中的关键技术●文件定位技术●节点的选择●容错机制●安全机制8.4多媒体技术的应用8.4.1移动流媒体系统组成节目源流媒体编码器3GP文件生成器流媒体服务器RTCP/RTPRTSP/SDP移动网络客户端移动流媒体系统结构图移动流媒体系统结构●流媒体编码器●3GP文件生成器●移动流媒体服务器●客户端8.4.2移动流媒体业务的系统结构移动流媒体业务可以分为流媒体点播（VOD）、流媒体直播和下载播放3种业务类型。流媒体点播：内容提供商将预先录制好的多媒体内容编码压缩成相应格式，存放在内容服务器上并把内容的描述信息以及链接放置在流媒体的门户上。最终用户就可以通过访问门户，发现感兴趣的内容，有选择的进行播放。流媒体直播：流媒体编码服务器将实时信号编码